本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種以海泥為主料，利用微波燒結(jié)法燒結(jié)高性能球形陶粒的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著建筑節(jié)能和抗震要求的提高，建筑工程需要大量的輕質(zhì)、高強(qiáng)、保溫、隔熱的高性能陶粒為骨料，現(xiàn)有的陶粒制備技術(shù)已經(jīng)能很好地制備高性能陶粒（黃少文,郭燦賢,徐玉華等.利用紅泥巖制備輕質(zhì)高強(qiáng)球形陶粒試驗(yàn)研究[J].非金屬礦,2004,27(6):11-13.），但現(xiàn)有陶粒主要是粘土陶粒和粉煤灰陶粒，且采用的是傳統(tǒng)的高耗能、高污染的燃料型回轉(zhuǎn)窯。目前粘土的應(yīng)用受限，粉煤灰在工程中的大量應(yīng)用也使得粉煤灰資源難以保證，并且因環(huán)保政策已關(guān)停大量傳統(tǒng)的燒結(jié)窯。陶粒的生產(chǎn)原料和生產(chǎn)設(shè)備受到限制，成為高性能陶粒生產(chǎn)的瓶頸。
我國(guó)是海岸線很長(zhǎng)的國(guó)家，隨著沿海地區(qū)工業(yè)的飛速發(fā)展，沿海岸的許多地方聚集了大量淤泥，造成非常嚴(yán)重的海域污染和航道阻塞（遲培云,張連棟,錢(qián)強(qiáng).利用淤積海泥燒制超輕陶粒的研究[J].新型建筑材料,2002(3):28-30.）。海岸清淤和海底隧道施工等產(chǎn)生大量的海岸淤泥，用其取代黏土、粉煤灰等生產(chǎn)高性能陶粒具有巨大的市場(chǎng)潛力。
微波加熱是從物料內(nèi)部各部分同時(shí)加熱，是一種內(nèi)加熱。微波燒結(jié)作為一種新型高效的燒結(jié)方式，具有清潔，高效、低能耗及加熱均勻等優(yōu)點(diǎn)（Loupy A.Microwaves in Organic Sythesis. New York:John Wiley,2002,61-63），在陶瓷工業(yè)已得到廣泛應(yīng)用，但在陶粒生產(chǎn)上才剛剛起步。2013年天津城建大學(xué)劉漢橋等以醫(yī)療垃圾焚燒灰飛為集料采用微波燒結(jié)技術(shù)，發(fā)明了“一種醫(yī)療垃圾焚燒灰飛微波燒制陶粒的方法（ZL 201310642646.5）”，2015年武漢理工大學(xué)蹇守衛(wèi)等以湖泊底泥和城市污泥采用微波燒結(jié)發(fā)明了“利用湖泊底泥和城市污泥微波燒結(jié)制備輕質(zhì)陶粒的方法（ZL 201510406696.2 ）”，加快了微波技術(shù)燒結(jié)陶粒的步伐。
利用微波燒結(jié)海泥制備得到綠色、環(huán)保、節(jié)能的高性能陶粒，可廣泛應(yīng)用于輕骨料混凝土、自密實(shí)保溫混凝土等現(xiàn)澆和預(yù)制的構(gòu)件中。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種海泥陶粒的微波燒結(jié)方法，其制得的海泥陶粒同時(shí)具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、保溫隔熱、防水、耐火、抗震、抗凍和抗堿集料反應(yīng)等優(yōu)良性能，且其級(jí)配優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于輕骨料混凝土、自密實(shí)保溫混凝土等現(xiàn)澆和預(yù)制的構(gòu)件中。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種海泥陶粒的微波燒結(jié)方法包括材料組份和制備工藝兩個(gè)方面：
高性能陶粒原材料組份即各組份用量按質(zhì)量百分比計(jì)為：海泥60%~100%，廢棄陶瓷磚粉0%~30%，高爐鋁礦粉0%~20%。其制備方法包括以下步驟：
1）用重力分離法對(duì)所選取的海泥除去海泥中的雜質(zhì)；
2）用球磨機(jī)磨細(xì)廢棄陶瓷磚得到粒徑0.08~0.12mm的粉末；
3）將高爐鋁礦粉與廢棄陶瓷磚粉攪拌均勻，加入至混料倉(cāng)內(nèi)與海泥攪拌10~15min，使其攪拌均勻并且含水量控制在10%左右；
4）將3）得到的混合料用擠壓成球機(jī)擠壓成粒徑為10~15mm的生料球；
5）將生料球放入頻率為2.45GHZ的微波爐內(nèi)，以10℃/min～15℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至300℃~450℃，烘干20min~25min。再以20℃/min～30℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至1050℃~1150℃，焙燒5min~20min。而后立即降溫到750℃，最后放涼，得到顆粒級(jí)配的球形高性能陶粒。
上述方案所述的原料為福州沿海線有代表性區(qū)域的海泥，陶瓷磚廠的廢棄陶瓷磚以及煉鋁廠的高爐鋁礦粉，將采集到的樣品進(jìn)行分離、烘干和均勻化處理，化學(xué)成分如表1所示。
表1 原料的化學(xué)成分分析/wt%
本發(fā)明以海泥為主料，利用海泥中高含量的NaCl（1.06%）等在微波加熱電磁場(chǎng)作用下分解出的大量帶電荷的偶極子極性基團(tuán)所產(chǎn)生的微波熱效應(yīng)，使其快速地在球料中產(chǎn)生高溫，極大地提高了焙干和燒結(jié)速度。同時(shí)NaCl分解生成高含量的Na2O與海泥中游離的SiO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在陶粒表面生成堅(jiān)硬的玻璃質(zhì)外殼，在很大程度上提高了陶粒的強(qiáng)度，降低了陶粒的吸水性。其中NaCl分解生成的Cl-與球料中的H+生成HCl隨水蒸氣一起排出，使制備出的海泥陶粒的Cl-含量能滿足各種鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土對(duì)Cl-含量的要求。
本發(fā)明制作陶粒的海泥組份可達(dá)到100%，無(wú)需摻入其他組份。但僅采用海泥制作陶粒時(shí)，由于海泥含水量較高，導(dǎo)致成球困難，同時(shí)存在燒結(jié)出陶粒的筒壓強(qiáng)度較低的問(wèn)題。研究表明，SiO2 與Al2O3 的含量是形成陶粒強(qiáng)度的主要因素，尤其是Al2O3 的含量對(duì)強(qiáng)度的影響。燒結(jié)陶粒的SiO2含量約為40%~60%，Al2O3約為15%~25%。生產(chǎn)高強(qiáng)陶粒時(shí)，Al2O3的含量可適當(dāng)提高3%~11%。從表中可以看出海泥中Al2O3的含量較低，而高爐鋁礦粉中Al2O3的含量極高，廢棄陶瓷磚粉中SiO2的含量較高。為改善成球環(huán)境和燒結(jié)溫度，增加陶粒的筒壓強(qiáng)度，本發(fā)明摻入干燥的廢棄陶瓷磚粉和高爐鋁礦粉，調(diào)整海泥的含水量和化學(xué)組成。通過(guò)合理的配比對(duì)SiO2 與Al2O3等的含量進(jìn)行調(diào)整，燒制出不同強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)陶粒。
通過(guò)上述方案制出的高性能陶粒，堆積密度為400~1100kg/m3，表觀密度為800~1600kg/m3，吸水率為5%~18%，筒壓強(qiáng)度3.0MPa~10.0 MPa。
上述燒結(jié)陶粒技術(shù)具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。首先，采用的原料為海洋清淤和地鐵施工所產(chǎn)生的海洋污泥、陶瓷磚廠的廢棄陶瓷磨細(xì)粉料以及鋁廠生產(chǎn)所產(chǎn)生的高爐鋁礦粉，廢棄物利用率達(dá)到95%以上，具有良好的社會(huì)效益。其次，采用微波燒結(jié)方法，燒結(jié)效率高，且可節(jié)省燒結(jié)能耗25%左右，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明所述內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明不僅限于此。
實(shí)施例1
1）采用具有福建省特色的海泥，經(jīng)過(guò)分離、烘干和均勻化處理后，對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行鑒定分析，海泥中各化學(xué)成分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為SiO2 53.3%，Al2O3 18.2%，F(xiàn)e2O3 8.35%，CaO 2.04%，MgO 2.84%，TiO2 0.72%，Na2O 2.02%，K2O 1.58%，Cl- 1.06%，燒失量（IL）8.25%；
2）海泥的濕度調(diào)整，即先取部分海泥在烘干爐內(nèi)進(jìn)行干燥處理后，確定完全干燥的海泥密度，然后將所用海泥干燥，當(dāng)其密度為完全干燥海泥密度的1.1倍后，其含水量即為10%；
3）將海泥均勻化處理后用擠壓成型球機(jī)擠壓成粒徑為10~15mm的生料球；
4）將生料球放入頻率為2.45GHZ的微波爐內(nèi)，以12℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至350℃，烘干20min。再以25℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至1050℃，焙燒8min。而后立即降溫到750℃，最后放涼，得到顆粒級(jí)配的球形高性能陶粒。
通過(guò)上述方案制出的高性能陶粒，堆積密度為410kg/m3，表觀密度為820kg/m3，吸水率為8%，筒壓強(qiáng)度3.2MPa。此陶粒筒壓強(qiáng)度較低，可用于非承重型保溫混凝土中。
實(shí)施例2
1）采用具有福建省特色的海泥，經(jīng)過(guò)分離、烘干和均勻化處理后，對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行鑒定分析，海泥中各化學(xué)成分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為SiO2 53.3%，Al2O3 18.2%，F(xiàn)e2O3 8.35%，CaO 2.04%，MgO 2.84%，TiO2 0.72%，Na2O 2.02%，K2O 1.58%，Cl- 1.06%，燒失量（IL）8.25%；
2）用重力分離法對(duì)所選取的海泥除去海泥中的雜質(zhì)；
3）用球磨機(jī)磨細(xì)廢棄陶瓷磚得到粒徑0.08~0.12mm的粉末；
4）將10%高爐鋁礦粉、20%廢棄陶瓷磚粉與70%海泥混合，在混料倉(cāng)內(nèi)攪拌10min，使其攪拌均勻并且含水量控制在10%；
5）將4）得到的混合料用擠壓成球機(jī)擠壓成粒徑為10~15mm的生料球；
6）將生料球放入頻率為2.45GHZ的微波爐內(nèi)，以15℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至380℃，烘干20min。再以25℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至1100℃，焙燒10min。而后立即降溫到750℃，最后放涼，得到顆粒級(jí)配的球形高性能陶粒。
通過(guò)上述方案制出的高性能陶粒，堆積密度為849kg/m3，表觀密度為1057kg/m3，吸水率為10.3%，筒壓強(qiáng)度5.8 MPa。此陶粒筒壓強(qiáng)度較高，可用于承重型保溫混凝土中。
實(shí)施例3
1）采用具有福建省特色的海泥，經(jīng)過(guò)分離、烘干和均勻化處理后，對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行鑒定分析，海泥中各化學(xué)成分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為SiO2 53.3%，Al2O3 18.2%，F(xiàn)e2O3 8.35%，CaO 2.04%，MgO 2.84%，TiO2 0.72%，Na2O 2.02%，K2O 1.58%，Cl- 1.06%，燒失量（IL）8.25%；
2）用重力分離法對(duì)所選取的海泥除去海泥中的雜質(zhì)；
3）用球磨機(jī)磨細(xì)廢棄陶瓷磚得到粒徑0.08~0.12mm的粉末；
4）將15%高爐鋁礦粉、20%廢棄陶瓷磚粉與65%海泥混合，在混料倉(cāng)內(nèi)攪拌15min，使其攪拌均勻并且含水量控制在10%；
5）將4）得到的混合料用擠壓成球機(jī)擠壓成粒徑為10~15mm的生料球；
6）將生料球放入頻率為2.45GHZ的微波爐內(nèi)，以15℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至400℃，烘干22min。再以25℃/min的升溫速度進(jìn)行連續(xù)升溫至1150℃，焙燒15min。而后立即降溫到750℃，最后放涼，得到顆粒級(jí)配的球形高性能陶粒。
通過(guò)上述方案制出的高性能陶粒，堆積密度為1032kg/m3，表觀密度為1335kg/m3，吸水率為11.2%，筒壓強(qiáng)度7.5 MPa。此陶粒筒壓強(qiáng)度較高，可用于高強(qiáng)承重型保溫混凝土中。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。